姬延軍， 王 平（.海軍駐青島造船廠軍事代表室；2.山東省海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)重點實驗室；3.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東 青島 26600）

引言

風(fēng)速風(fēng)向測量對船舶航行、系泊、防臺、救援等有重要的作用，其提供的風(fēng)速信息更是船舶安全航行的主要參數(shù)之一。某船上裝有兩臺螺旋槳式測風(fēng)傳感器，但是由于安裝位置的局限性，易被其他設(shè)備遮擋，從而影響其測量精度。為了解誤差情況，特在船上空間開闊處安裝一超聲波傳感器，默認(rèn)為無干擾影響，作為此次試驗的基準(zhǔn)傳感器。本文對航行狀態(tài)下風(fēng)速測量的誤差進行了分析［1－3］。

1 儀器安裝情況

螺旋槳式測風(fēng)傳感器分別安裝于艦船兩側(cè)桅桿上。在艏05甲板的開闊區(qū)域焊接一基座，基座上安裝一根長約9m的支撐桿，支撐桿周圍由鋼索牽引固定，超聲波測風(fēng)傳感器安裝于該支撐桿上（如圖1所示）。

2 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

螺旋槳式測風(fēng)傳感器啟動風(fēng)速為1.0m／s，剔除基準(zhǔn)傳感器風(fēng)速在1.6m／s以下的樣本，保留樣本量19.4萬條。

船舶在正常航行過程中，測風(fēng)傳感器測得的相對風(fēng)多是正面來風(fēng)，而船尾來風(fēng)較少。航行樣本按風(fēng)向角度劃分的分布圖呈兩頭多中間少的態(tài)勢（如圖2所示）。

圖1 測風(fēng)傳感器布置情況示意圖

圖2 航行樣本按角度分布

3 數(shù)據(jù)分析

按照風(fēng)速等級劃分，得到2～9級風(fēng)速相對誤差曲線圖，列舉部分（如下頁圖3、4、5所示）。

由圖3、圖4、圖5得知，圖中某一個角度上同時為0時，表示該角度上樣本數(shù)量為零，沒有意義；而只有氣象儀輸出值一項為零時，表示樣本數(shù)量不為零，此時風(fēng)速相對誤差為零，是由于數(shù)據(jù)有效位為小數(shù)點后兩位，取舍時恰好為零，例如解算得相對誤差為0.001 45時，取舍時為零。

圖3 航行階段2級風(fēng)速相對誤差

圖4 航行階段5級風(fēng)速相對誤差

圖5 航行階段9級風(fēng)速相對誤差

左舷風(fēng)速在［0°，45°］角度區(qū)間、［315°，355°］角度區(qū)間相對誤差低于20%，說明這兩個區(qū)間基本不受遮擋影響，此時測量誤差是由于螺旋槳式傳感器和超聲傳感器的機械誤差和安裝高度差引起的［4］。在［50°，160°］角度區(qū)間，風(fēng)速相對誤差急劇增大，從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出，在這一角度區(qū)間，左舷風(fēng)傳感器先是受中間導(dǎo)航雷達的影響，后受中間球形雷達的遮擋。在［165°，195°］角度區(qū)間，主要是倒車或轉(zhuǎn)向時采集的數(shù)據(jù)。在［200°，310°］角度區(qū)間，左舷風(fēng)傳感器風(fēng)速相對誤差先是不大，后來變大到0.4～0.5，然后又減少，從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出，左舷風(fēng)傳感器外側(cè)的燈和天線對這一區(qū)間的中間區(qū)域的風(fēng)速有影響。2級風(fēng)速以下，在［60°，180°］區(qū)間受影響較大，超過40%以上；隨著風(fēng)速的增大，誤差曲線呈雙峰的形態(tài)，在以100°為中心的區(qū)間主要受球形雷達和導(dǎo)航雷達1的干擾，在以280°為中心的區(qū)域主要是受航行燈和天線的影響。

右舷風(fēng)速在［0°，30°］角度區(qū)間、［300°，355°］角度區(qū)間相對誤差在20%左右，這說明兩個區(qū)間不存在擋風(fēng)情況，測量誤差是由于螺旋槳式傳感器和超聲傳感器的機械誤差和安裝高度差引起的。在［35°，165°］角度區(qū)間，右舷風(fēng)速相對誤差先是逐漸加大，后維持在高位，然后有所減少，從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出，右舷風(fēng)傳感器先會受外側(cè)的燈和未知名設(shè)備1對這一區(qū)間影響，然后受后面的導(dǎo)航雷達影響。在［200°，295°］角度區(qū)間，右舷風(fēng)速先是急劇加大，后維持在高位，然后減少，從圖1測風(fēng)傳感器安裝位置示意圖可以看出，在這一角度區(qū)間，左舷風(fēng)傳感器先是受中間球形雷達的遮擋，后受中間導(dǎo)航雷達的影響。右舷風(fēng)速誤差曲線呈三峰狀態(tài)，在以60°為中心的區(qū)域主要受外側(cè)航行燈和未知名設(shè)備1的影響；在以150°為中心的區(qū)域主要受導(dǎo)航雷達2的轉(zhuǎn)動干擾；在以260°為中心的大區(qū)域主要受球形雷達的遮擋影響。

4 結(jié)語

風(fēng)速誤差在［0°，50°］、［165°，195°］、［300°，355°］角度區(qū)間風(fēng)速相對誤差低于20%；在150°附近風(fēng)速誤差最大，超過40%以上，在這一區(qū)域，左舷受球形雷達的遮擋，右舷受導(dǎo)航雷達2的干擾。

［1］ 閻啟，謝強，李杰.風(fēng)場長期觀測與數(shù)據(jù)分析［J］.建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2009，26（1）：37－42.

［2］ 鄧昌建，張江林，王保強.超聲波測風(fēng)儀設(shè)計中幾個問題的探討［J］.成都信息工程學(xué)院學(xué)報，2007，22（5）：581－583.

［3］ 林志遠.風(fēng)能資源及測風(fēng)數(shù)據(jù)整理技巧［J］.廣東電力，2003，16（5）：69－72.

［4］ 陳永利，趙永平，張必成，等.海上不同高度風(fēng)速換算關(guān)系的研究成果［J］.海洋科學(xué)，1989，63（3）：27－31.